Realizado por: Orlando José Pabón Fonseca

          La Química y el Estudio de la Materia

                                              Introducción

La química se puede definir cómo: "La ciencia encargada del estudio de todo referente a la materia, sea su estructura, propiedades, composición y transformación", y con ello cumple un papel importante en todo campo que sea relativa a su materia de estudio, es decir, cumple un rol importante que no solo se limita en todos los elementos con los que interactuamos en el día a día, también en nuestro comportamiento a nivel neuroquimico, en el estado de salud en que se encuentre el organismo, en nuestro medio ambiente y  abarcando prácticamente todos los sistemas y procesos que en conjunto conforman la totalidad de nuestro universo tanto visible como invisible.

Por todo lo expuesto con anterioridad es que el conocimiento aun a nivel básico de la química conlleva una gran importancia a la hora de comprender todos los objetos y procesos que conforman nuestra realidad y con ello poder detectar y afrontar las problemáticas de forma satisfactoria. Cosa que se desarrollara en el siguiente trabajo el cual abordará a la química desde sus orígenes y evolución, pasando por la definición de la materia, sus propiedades, clasificación, y leyes por las cuales se rige.

                              Los Orígenes de la Química

El inicio de la química se puede rastrear hacia casi los orígenes de la historia, conciderandose el dominio del fuego nuestro primer gran paso en el dominio de la química, el desarrollo y evolución de la química siempre estuvo fuertemente ligada al desarrollo cultural y el conocimiento sobre la naturaleza que tuvieran las distintas civilizaciones en que se practicó. desde los primeros métodos de purificación de metales de los Hititas, pasando por la creación de tintes en el Egipto medio, extracción de sustancias con fines medicinales o de perfumería en Omán y aleaciones de distintos materiales como el cobre y el estaño en Mesopotamia.

Sin embargo concretamente, los cimientos de la química moderna se rastrean a lo que podría llamarse su evolución anterior como lo es la conocida alquimia. La alquimia fue una protociencia y disciplina filosófica que llegó a abarcar distintas áreas del conocimiento como metalurgia, física, medicina, astrología y misticismo. La importancia de la alquimia como base de la química moderna, radica en que muchas de las sustancias, herramientas, procesos y algunos conocimientos han servido de pilares fundamentales que, con el desarrollo de las sociedades dieron paso al nacimiento de la Química moderna.

                                  ¿Que es la Materia?

El principal objeto de estudio de la química, la materia se puede definir de forma muy breve cómo: "Cualquier sustancia con masa y que ocupa un espacio al tener volumen". A grandes rasgos la mayoría de lo que compone el universo, esta compuesto por materia a nivel primordial por átomos u otros tipos de partículas. Sin embargo no debemos confundir la materia con la masa, pues existen partículas que carecen de esta ultima pero sin dejar de ser materia como lo son los fotones u otros fenómenos como las ondas de luz o calor. Es decir que La materia es un término general que describe cualquier sustancia física. Por el contrario, la masa no es una sustancia, sino una propiedad cuantitativa de la materia y de otras sustancias o sistemas.

                           Propiedades de la Materia

La materia cuenta con 2 tipos de propiedades, las generales nos permiten distinguir la materia de lo que no lo es. Por otro lado para distinguir entre diferentes clases de materia están las propiedades características.

Propiedades Generales:

        Masa: Como masa designamos la magnitud física con que medimos la cantidad de materia que contiene         un cuerpo. Como tal, su unidad, según el Sistema Internacional de Unidades, es el kilogramo (kg).

        

2 Elementos de diferentes masas, en este caso el melón tiene mas masa que la fresa.

        Volumen: Se entiende por volumen a una magnitud métrica, euclideana y de tipo escalar, que se puede            definir como la extensión de un objeto en sus tres dimensiones, es decir, tomando en cuenta su longitud,             ancho y altura. Todos los cuerpos físicos ocupan un espacio que varía según sus proporciones, y la                 medida de dicho espacio es el volumen..

Ejemplos de volumen en diferentes formas.

        Temperatura: La temperatura es una magnitud física que indica la energía interna de un cuerpo, de un            objeto o del medio ambiente en general, medida por un termómetro.
        Dicha energía interna se expresa en términos de calor y frío, siendo el primero asociado con una                        temperatura más alta, mientras que el frío se asocia con una temperatura más baja.

        Porosidad: La porosidad en química está relacionado con la permeabilidad de una superficie de absorber         líquidos o gases. Pero la permeabilidad no es directamente proporcional a la porosidad.
        La permeabilidad es la buena conexión de los poros y la porosidad es la cantidad de poros en relación a         su superficie, por lo tanto una piedra por ejemplo puede ser altamente permeable pero con baja                        porosidad y viceversa.

        Divisibilidad: La divisibilidad es la cualidad de un cuerpo u objeto de dividirse. Dividir significa separar         de un total en partes iguales. La diferencia entre dividir y divisibilidad es que la divisibilidad tiene un                 resultado medible y exacto.

        Inercia: En química, la inercia es la cualidad de algunas sustancias químicas de no reaccionar                          químicamente ante la presencia de elementos de otras especies química

s. Un ejemplo de la inercia química         son los gases nobles y del nitrógeno molecular, cuya fórmula es N2.

Propiedades Características: 

A su vez las propiedades Características se dividen en:

    Físicas:

        Sabor: El sabor es la sensación que producen los alimentos u otras sustancias en el gusto. Dicha                    impresión está determinada en gran parte por el olfato, más allá de la respuesta del paladar y la lengua             a los componentes químicos. Por eso cuando una persona está congestionada siente que los alimentos no         tienen sabor.

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        Color: Es la percepción visual del reflejo de la luz que ilumina las superficies y rebota en las células conos         de nuestra retina.
        Existen muchos significados para color dependiendo de la estructura lógica de cada teoría del color.

        Densidad: Es una magnitud escalar que permite medir la cantidad de masa que hay en determinado                volumen de una sustancia.
        En el área de la física y la química, la densidad de un material, bien sea líquido, químico o gaseoso, es la             relación entre su masa y volumen.

        Dureza: La dureza es el obstáculo o impedimento que presentan algunos materiales cuando se desea                alterar su condición física debido a la cohesión de sus átomos. Es decir, es difícil de rayar, penetrar,                desgastar, romper, deformar o abrasar.
        Por ejemplo, el metal es un material que tiene una gran dureza en comparación al plástico.
       Generalmente, dureza es un término que se acostumbra a usar en mineralogía y geología para referirse a la        dureza y el grado de resistencia que posee un mineral al ser rayado o penetrado por otro material.

                                                                Escala de Dureza de Mohs

  

        Olor: Se llama olor a la impresión que un efluvio provoca en el olfato. El término también se emplea para         nombrar a aquello que puede generar dicha impresión.

        Un efluvio se forma por la emisión de partículas diminutas. El sentido corporal capaz de percibir estas            sustancias dispersas es el olfato. El olor, en definitiva, es lo que registra el olfato cuando entra en contacto         con un efluvio

        Elasticidad: La elasticidad es la cualidad de cualquier objeto de recuperar su forma anterior luego de ser         deformado ejerciendo fuerza. En física, elasticidad se refiere a la propiedad mecánica de un cuerpo para         revertir su deformación o volver a su forma original.

        Punto de fusión:. Se llama punto de fusión al grado de temperatura en el cual la materia en estado sólido         se funde, es decir, pasa al estado líquido. Esto ocurre a una temperatura constante y es una propiedad            intensiva de la materia, lo cual significa que no depende de su masa o de su tamaño. El punto de fusión es         la temperatura a la cual un sólido se transforma en líquido y durante esta transición coexisten el sólido y el         líquido.

        Conductividad: Es la propiedad de aquello que es conductivo (es decir, que tiene la facultad de                    conducir). Se trata de una propiedad física que disponen aquellos objetos capaces de transmitir la                    electricidad o el calor.

        Solubilidad: Solubilidad es la cualidad de soluble (que se puede disolver). Se trata de una medida de la            capacidad de una cierta sustancia para disolverse en otra. La sustancia que se disuelve se conoce como            soluto, mientras que aquella en la cual este se disuelve recibe el nombre de solvente o disolvente. La               concentración, por otra parte, hace referencia a la proporción existente entre la cantidad de soluto y la           cantidad de disolvente en una disolución.

       Punto de ebullición: Suele definirse el punto de ebullición como el instante en el cual se produce el               cambio de estado de una materia que pasa de líquido a gaseoso. El concepto, en concreto, refiere a la           temperatura que provoca que la presión de vapor de un líquido iguale la presión de vapor del medio en           cuestión.

       En otras palabras, el punto de ebullición hace mención a la temperatura en la cual un líquido hierve, la cual        está vinculada a las propiedades específicas del líquido, y no a su cantidad. Es importante resaltar que, una        vez que el líquido ha entrado en ebullición (y está hirviendo), la temperatura no sufre ninguna variación.

    Químicas:

        Ph: El pH es una medida de acidez o alcalinidad que indica la cantidad de iones de hidrógeno presentes            en una solución o sustancia.
        Las siglas pH significan potencial hidrógeno o potencial de hidrogeniones, del latín pondus: peso, potentia:         potencia e hydrogenium: hidrógeno, es decir pondus hydrogenii o potentia hydrogenii.
        El terminó fue designado por el químico danés Sørense al definirlo como el opuesto del logaritmo en base         10 o el logaritmo negativo de la actividad de los iones de hidrógeno, cuya ecuación es pH= -log10[aH+].

        Alcalinidad: La alcalinidad es una medida de la capacidad del agua para neutralizar los ácidos. Esto se            conoce como la capacidad amortiguadora del agua o la capacidad del agua para resistir un cambio en            el  pH cuando se añade ácido.
         La alcalinidad en el agua (con un pH de 7,0 o superior) se debe principalmente a la presencia de                    sustancias disueltas que neutralizan los ácidos (álcali). Está relacionada con que el agua contenga una                cantidad equilibrada de dióxido de carbono y es una función del pH.

        Combustión: La combustión es un proceso químico de oxidación rápida que va acompañado de                    desprendimiento de energía baja en forma de calor y luz. Para que este proceso se dé, es necesario la             presencia de un combustible, un comburente y calor. El material que es capaz de arder y se combina con         el oxígeno, se conoce como combustible.

        Corrosividad: La corrosión no es más que una reacción química producto de la unión del metal con el            oxígeno, es decir, la corrosión es un deterioro observado en un objeto metálico a causa de un alto                    impacto electroquímico de carácter oxidativo y la velocidad degenerativa de dicho material dependerá de         la exposición al agente oxidante, la temperatura presentada, si se encuentra expuesto a soluciones                    salinizadas (conjugadas con sal), y por ultimo de las propiedades químicas que posean estos agentes                metálicos; el proceso de corrosión es totalmente espontaneo y natural, también pueden presentar este            proceso materiales que no sean metálicos.

        

       

                               Clasificación de la Materia

La materia se puede clasificar según dos criterios: el estado en el cual se encuentra (líquido, gaseoso y sólido) y su composición. Según su composición, se dividen en sustancias puras y en mezclas. Dentro de sustancias puras, la materia se divide en elementos y compuestos. Dentro de mezclas, se divide en mezclas heterogéneas y homogéneas.

Las sustancias puras son aquellas materias que tienen una composición específica y propiedades características. Los elementos, que son una división de las sustancias puras, están compuestos por un solo tipo de átomos. Estos no pueden descomponerse en sustancias más simples y se representan con letras en la tabla periódica 

    

La otra división de las sustancias puras son los compuestos. Estos están formados por 2 o más átomos de elementos diferentes, en cantidades fijas y exactas. Estos se pueden descomponer en sustancias más simples, es decir, en elementos mediante métodos químicos y se representan con fórmulas químicas, en las cuales se indica el elemento y la cantidad de átomos de cada elemento que los constituye.

Las mezclas son combinaciones de dos o más sustancias puras, en las que cada una de ellas conserva su identidad química y sus propiedades. Las mezclas homogéneas son mezclas en las que no se distingue a simple vista sus componentes, ya que se encuentran distribuidos de manera uniforme.

Mientras tanto, las mezclas heterogéneas son mezclas en las cuales se distinguen a simple vista sus componentes, ya que NO se encuentran distribuidos de manera uniforme.

Características de las Mezclas

Sus componentes se pueden separar. Las mezclas se generan por la combinación de sustancias bajo ciertas condiciones (calor, presión, etc.). Por eso, también se pueden separar en sus componentes individuales y recuperarlos aplicando procedimientos físicos de separación

Poseen composiciones variables. Esto es especialmente válido en el caso de las mezclas que se presentan en la naturaleza, como el aire, el suelo o el agua de mar, que puede en un determinado momento tener mayor concentración de sales, de nitrógeno, de sólidos en suspensión, etc.

No forman enlaces químicos. Debe quedar en claro que una mezcla no es una sustancia química, lo que quiere decir que no se origina a consecuencia de reacciones químicas. Es por ello que no hay cambio energético neto en el proceso de mezcla

Pueden ser radiactivas. Algunas mezclas pueden resultar reactivas bajo ciertas condiciones

No tienen fórmula química. No se pueden representar mediante una fórmula química. Al no estar compuestas por proporciones definidas de los elementos que la integran, las mezclas no se pueden expresar mediante una fórmula, como sí sucede con las sustancias de composición conocida.

Pueden tener una o más fases. En muchas mezclas existen al menos dos fases que se pueden distinguir entre sí, a una se la llama fase dispersa y a la otra, fase dispersante.

                           Métodos de separación de Mezclas

Para la separación de los componentes de mezclas, contamos con varios métodos, cómo lo son:

        

        Filtración. Se emplea para separar pequeñas partículas de sólidos suspendidas en líquidos. Para separar los componentes se utiliza un sistema poroso, por ejemplo un tamiz, así las partículas sólidas más grandes que los agujeros del tamiz quedan atrapadas en él, mientras que el líquido fluye a través de los agujeros.

        Decantación. Se emplea para separar sólidos suspendidos en líquidos y también líquidos inmiscibles (que no se disuelven uno en el otro). La separación se basa en la diferencia de densidades de los componentes de la mezcla. Por lo general, se utiliza un embudo de decantación.

        Destilación. Se emplea para separar mezclas de líquidos. La separación se logra por diferencias en los puntos de ebullición: el líquido que tiene menor punto de ebullición pasa a la fase vapor, luego es condensado (empleando condensadores) y después es juntado en otro recipiente. El líquido que tiene mayor punto de ebullición queda en el recipiente original donde estaba la mezcla.

                            La ley de conservación de la masa

La ley de conservación de la materia o ley de Lomonósov-Lavoisier es una ley fundamental de las ciencias naturales. Fue elaborada independientemente por Mijaíl Lomonósov en 1748 y descubierta unos años después por Antoine Lavoisier en 1785. Se puede enunciar de la siguiente manera: «En un sistema aislado, durante toda reacción química ordinaria, la masa total en el sistema permanece constante, es decir, la masa consumida de los reactivos es igual a la masa de los productos obtenidos». 1 Esta ley es fundamental para una adecuada comprensión de la química. El principio es bastante preciso para reacciones de baja energía. En el caso de reacciones nucleares o colisiones entre partículas en altas energías, en las que definición clásica de masa no aplica, hay que tener en cuenta la equivalencia entre masa y energía

                            Ley de las proporciones múltiples

O La ley de Dalton formulada en 1803 por John Dalton y demostrada por el químico y físico francés Louis Joseph Gay-Lussac. Dice:

"Cuando dos o más elementos se combinan para dar más de un compuesto, una masa variable de uno de ellos se une a una masa fija del otro, y la primera tiene como relación números canónicos e indistintos".

Esta ley afirma que cuando dos elementos se combinan para originar distintos compuestos, se combinan con dicha cantidad fija para dar como producto los compuestos, están en relación de números enteros sencillos. Esta fue la última de las leyes ponderales en postularse. Dalton trabajó en un fenómeno del que Proust no se había puesto. Así, por ejemplo, hay dos óxidos de cobre, el CuO y el Cu2O, 79,89 % y un 88,82 % de cobre, respectivamente, y que equivalen a 3,974 gramos de cobre por gramo de oxígeno en el primer caso y 7,948 gramos de cobre por gramo de oxígeno en el segundo. La relación entre ambas cantidades es de 1:2 como se expresa actualmente con las fórmulas de los compuestos derivados de la teoría atómica.

                            Ley de las Proporciones Definidas

O ley de las proporciones constantes, es una de las leyes estequiométricas, enunciada en el año 1799, según la cual cuando se combinan dos o más elementos para dar un determinado compuesto, siempre lo hacen en una relación constante de masas. Enunciada por el farmacéutico y químico francés Louis Proust, basándose en experimentos que llevó a cabo a principios del siglo XIX; por lo tanto, también se conoce como la ley de Proust.

Para los compuestos que la siguen, por tanto, la proporción de masas entre los elementos que los forman es constante. En términos más modernos de la fórmula molecular, esta ley implica que siempre se van a poder asignar subíndices fijos a cada compuesto.